底边舱(bottom side tank)指船舶底部自龙骨以上货舱以下的水密压载水舱,用于承载船舶压载水,调节船舶吃水深度和横、纵倾的舱室。压载水舱专用于装载压载水的液体舱。用来调整船的重心位置、浮态和稳性、重心升高而导致的稳性不足或吃水不适当的问题。在潜艇或车客渡船中,压载水舱还可起调节平衡的作用。
船舶在航行中,船上的燃料、货物、食品、饮用水等都在指定的舱室中。这些物品在起航时,船舶的吃水与纵倾度都是按设计要求,利于船舶的稳定性。但在运行中,这些物品又是变动的,有的物品在减少,有的物品在增加。例如:有些燃料将会因船舶运行而逐渐减少,饮用水也在日趋减少。有的货舱又在增加货物或减少。这些变化会使原来的船舶吃水发生变化,或者前、后的载重量发生变化,因而就影响了船舶的航行性能。
为了及时调整因运行发生的船载物品变化而带来的影响船舶稳定的问题,设计人员设计了压载水舱。压载水舱分布在双层底舱、首尖舱、尾尖舱、舷侧边舱或深水舱内。用泵吸人或排出舱内的水,使船舶保持压载正常和纵倾度正常,这些设施叫做船舶压载水系统。例如,因左舷货舱卸货过多,左舷失去压载,船只可能发生右倾,这时只要向左舷侧边舱注水,就恢复了原来的压载,使船只平稳。
破冰船的压载水舱还有使船只摇晃的作用,利用船的左、右摇晃,或纵倾来破冰。
加强方案1是船舶设计工作中最常用的设计手段,即增加高应力区的结构尺寸,以达到降低该处应力水平之目的。
加强方案2是在双层底实肋板前后增设板厚与实肋板相同的一对伴随肘板。设想通过在实肋板前后相邻位置新增肘板来分担双层底实肋板上的局部载荷,通过改善局部结构刚度的方式达到降低该处应力的目的。
加强方案3是一种非常规的“加强”方案,通过在承载结构上的某个合适位置开孔,引起局部应力梯度的改变,使开孔附近结构的应力重新分布,起到降低最高应力水平的作用。一般来说,根据以往船级社试算的经验,开孔的型心布置在应力集中区域单元的主应力方向上效果较好。
加强方案4是在底边舱下折角处的货舱内对齐实肋板增加圆弧形防疲劳肘板,这是CSR-OT及CSR-H提高货舱区底边舱下折角疲劳强度的推荐方案之一。规范要求该肘板至少延伸至内底板及底边舱斜板上相邻的第一根纵骨处,肘板趾端须采用软趾设计,肘板材质须与内底板相同。
油船货舱底边舱下折角点处是船体结构的高应力区域,CSR-H在CSR-OT的基础上对该区域的有限元细网格应力校核提出强制要求。通过对某大型油船底边舱下折角有限元细网格计算发现,折角点处应力集中区域具有范围小、应力梯度变化大的特点。针对该区域的应力集中现象,提出四种加强方案。最终加强后的底边舱下折角结构均满足CSR-H规范的屈服和疲劳强度衡准。
加强方案1可操作性强。该方案只改变局部板厚,结构修改量小,无需增加其他热点的强度校核,因此是设计工作中最常用的方案。对于实肋板的前后相邻位置增加伴随肘板的加强方案2,由于所增设肘板分担局部载荷少,工艺量增加多,也不利于质量控制,实际设计工作中应避免使用。加强方案3是唯一不必增加构件尺寸,而是通过设置应力释放孔——通过去除材料方式降低目标区域应力的方法,但需要谨慎考虑高应力区域开孔自由边的疲劳强度问题。加强方案4是CSR-H推荐的下折角加强方案之一。虽然这种加强方式增加了船厂工艺,但包括屈服和疲劳强度在内的综合力学性能较好,设计工作中也可以考虑。
综上所述,如果不考虑船厂工艺因素,加强方案4是诸方案中最为稳妥的一种。如果船厂方面对较多的工艺成本增加持反对意见,也可考虑方案1和方案3的加强方式。前者结构形式简单,但增加质量较重;而后者在质量控制方面表现良好,但对设计的准确性提出较高的要求,也增加了计算分析的工作量。虽然在实船上采用这种新颖结构形式还需要征得船东的同意,开孔自由边处的疲劳强度校核流程以及分析结果也要取得船级社的认可,但这确实是值得考虑的优化设计方案。
1、双层底结构除承受货舱内货物的重压力外,还参与船体的总纵弯曲强度,双层底项结构在装卸货物过程中遭受货物和机械设备的碰撞,船艏部分的底板在恶劣的海况时因抨击引起额外动载荷。
2、兼作压载舱的货舱双层底比只装货的货舱更容易发生裂纹和变形。
3、由于卸货时使用铲车使内地板/底边舱斜板和内底版/壁凳的连接焊缝遭到破坏。
PSCO在检查时应注意的问题:
A、舱项结构的总体腐蚀状况可以通过目视检查了解,舱顶板的腐蚀程度应通过测厚评定。
B、由于阱内积水/腐蚀溶液能引起严重的麻点腐蚀,污水阱应清洁后仔细检查。应特别注意污水吸口和测深管附近的板材。
C、应特别注意管子穿过舱顶处的区域。
D、舱顶板屈曲可能发生在纵骨间平面内横向压力区域或肋板间平面内纵向应力区域。
E、舱顶区域结构变形一般是由于货物过载,装卸货时货物的撞击或卸货时使用机械造成的。
F、不论何时发现舱顶变形,必须进行进一步的双层底舱内检验以确定损坏程度。变形能引起双层底内涂层脱落,在这些无保护涂层的区域腐蚀会进一步加剧。
G、通常近观检查时会发现裂纹。在双层底舱压力试验时能发现沿着板的厚度方向或顺着焊缝延伸的裂纹。
A、双层底内部结构(纵材、横材、肋板、纵桁等)的腐蚀程度应通过测厚来评定
B、如果保护涂层没有正确的保养,压载舱内的结构会遭到严重的局部腐蚀。通常双层底舱上部结构比下部结构更容易遭到严重的腐蚀。在底边舱的强框腹板的角隅处由于高剪力应力而遭到严重的腐蚀,尤其在未安装领板的纵骨开口处。
C、加热燃油的高温会加速邻近压载舱内结构的腐蚀,腐蚀的速度取决于下述诸因素:
一传递给压载舱的的温度和热量
一原涂层状况及其维护保养
一压载频率和操作
一船龄以及由于腐蚀使构件厚度减小而产生的相关应力会导致裂纹和屈曲。
D、通过吸口的液流的侵蚀和空泡导致吸口下方的船壳板的局部磨损。另外,由于吸口位于舱的最低处,所以即使是空舱,水/泥仍将盖住这个区域。用手触摸位于吸口下的船壳板,可以确认壳板的状况,如有疑问,应将吸口的下部拆去并进行测厚。如果船舶进坞,可从下面进行测厚,如果吸口和下方壳板距离太近以致无法用手触摸,应将吸口拆去。位于测设管下方的船壳板也应仔细检查,如防撞未安舵和挂舵臂在装复板或已磨损,船壳板会因测深锤的撞击而引起严重腐蚀。
E、如舱顶和船底外部检查时发现变形,则变形区域应进行舱内检查以确定舱内涂层和内部结构的损坏程度。
F、一般情况下裂纹通常是通过近观检查发现的。如果双层底内的旁桁材没有与折角线(内底板与底边斜坡板的交线)对中,折角线下肋板之间距较大或者为了便于装配角隅处开了些角隅扇形孔。
G、当发现船壳板的变形时,应仔细检查受影响区域的内部结构,即使外部变形较小内部结构也可能遭到严重破坏。